PT2374867E - Method and device for operating a fermentation assembly - Google Patents

Description

DESCRIÇÃODESCRIPTION

"MÉTODO E DISPOSITIVO PARA A EXPLORAÇÃO DE UMA INSTALAÇÃO DE FERMENTAÇÃO" 0 invento diz respeito a um método para aexploração de uma instalação de fermentação, processo esseque é conforme ao conceito genérico constante da reivindi¬cação 1.METHOD AND DEVICE FOR THE EXPLORATION OF A FERMENTATION INSTALLATION The invention relates to a method for the exploration of a fermentation plant, which process is in accordance with the generic concept set forth in claim 1.

Em métodos equivalentes faz-se passar um fluidode percolação através de um substrato contido numfermentador, sendo o fluido percolado usualmente recolhidona base do fermentador, em seguida reconduzido de volta pa¬ra o recipiente contendo o fluido de percolação e finalmen¬te conduzido de novo para o fermentador. Em consequência,no fermentador e também no recipiente contendo o fluido depercolação é produzido biogás contendo metano, biogás esseque é evacuado do fermentador e/ou do recipiente contendo ofluido de percolação e depois sujeito a um processamentodestinado a aumentar a concentração do metano nele contido.No decurso deste seu processamento, o biogás que se preten¬de obter é libertado de outros seus componentes indesejadose depois conduzido ao local onde é objecto de uma utiliza¬ção ulterior. No decurso do processamento é obtida umaquantidade considerável de CO2.In equivalent methods a percolation fluid is passed through a substrate contained in a fermenter, the percolated fluid usually being collected in the base of the fermenter, then brought back into the container containing the percolating fluid and finally brought back to the fermenter. Accordingly, biogas containing methane is produced in the fermenter and also in the vessel containing the dewatering fluid, which biogas is evacuated from the fermenter and / or from the percolation-containing vessel and then subjected to a desired process to increase the concentration of the methane contained therein. In the course of this processing, the biogas which it purports to obtain is released from its other unwanted components and then to the place where it is subsequently used. During processing a considerable amount of CO2 is obtained.

Para que, uma vez terminado o processo de fermen¬tação, o biogás possa ser conduzido para fora do fermenta-dor e conduzido para o local do seu processamento, o volumecontendo o biogás que se situa por cima do substrato tem deser purgado do biogás nele contido com recurso a um gás depurga. Em EP 1 997 875 AI é foi dada a conhecer a utiliza¬ção para este fim de gás contendo C02 resultante do proces¬samento .In order that, once the fermentation process has been completed, the biogas can be led out of the fermenter and taken to the place of its processing, the volume of the biogas above the substrate must be purged from the biogas in the biogas contained with the use of a gas purifier. In EP 1 997 875, it has been disclosed the use for this purpose of the C02 -containing gas resulting from the process.

No decurso do processo de fermentação são tambémproduzidas quantidades não despiciendas de biogás, as quaisse encontram aliás 'capturadas' no seio do substrato. Estasquantidades de biogás são libertadas quando da manipulaçãodo material ou quando do processamento ulterior dos resí¬duos da fermentação. Assim sendo, as fracções de biogás li¬bertadas, em particular metano, alcançam a atmosfera deforma descontrolada.In the course of the fermentation process non-negligible quantities of biogas are also produced, which are in fact 'captured' within the substrate. These amounts of biogas are released when the material is manipulated or when the fermentation residues are further processed. Thus, the liberated biogas fractions, in particular methane, reach the atmosphere uncontrolled.

Em EP 1 428 868 AI (Dl) é dada a conhecer umainstalação de fermentação em que foi possível evacuar fer-mentadores com recurso a um biogás produzido nos fermenta-dores integrantes dessa instalação de fermentação. Estebiogás consiste contudo num biogás com um teor elevado demetano, passível de reaproveitamento numa instalação de re¬ciclagem, ou seja, é com recurso a um biogás altamente com¬bustível que o biogás igualmente detentor de um elevadoteor de metano é expulso do fermentador que se pretendeevacuar. Uma tal purga não permite por conseguinte obter umproduto com um teor de metano mais elevado. No caso do Dl (EP 1 428 868 Al), o processo de purga destina-se apenas aconfigurar de modo mais vantajoso em termos de custos ofornecimento de calor ao fermentador.In EP 1 428 868 AI (D 1) there is disclosed a fermentation plant in which it was possible to evacuate fermenters using a biogas produced in the fermentors forming part of that fermentation plant. Estebiogás, however, consists of a biogas with a high content of methane, which can be reused in a recycling plant, ie it is by means of a highly combustible biogas that the biogas also having a high methane content is expelled from the fermenter which is I wanted to go. Such purging does not, therefore, enable a product with a higher methane content to be obtained. In the case of Dl (EP 1 428 868 A1), the purging process is only intended to make it more cost-effective to provide heat to the fermenter.

Em EP 1 811 015 Al é dada a conhecer uma instala¬ção de fermentação de líquidos em que, no âmbito de um pro¬cesso cíclico, o biogás produzido no fermentador é utiliza¬do no mesmo fermentador a titulo de gás de purga. Tambémneste caso o biogás é empurrado por meio de biogás com umaconcentração de metano igualmente elevada, pelo que o ren¬dimento do processo em termos de metano não aumenta em con¬sequência da purga. Neste caso, a purga com recurso a bio¬gás serve apenas para que seja mais intima a misturação dabiomassa liquida, pelo que em termos do papel desempenhadoa referida purga se substitui ao uso de um agitador.EP 1 811 015 A1 discloses a liquid fermentation plant in which, as part of a cyclic process, the biogas produced in the fermenter is used in the same fermenter as purging gas. Also in this case biogas is driven by biogas with an equally high concentration of methane, so that the methane process yield does not increase as a result of the purge. In this case, purging with biogas is only intended to be more intimate mixing liquid liquid, so in terms of the role played by said purge it is replaced with the use of a stirrer.

Também os documentos EP 1 736 535 A, WO 02/06439A e WO 2005/054423 A dão a conhecer instalações de fermen¬tação. A todas as instalações de fermentação e métodosneles dados a conhecer é contudo comum a permanência doproblema do metano cativo no substrato.Also EP 1 736 535 A, WO 02 / 06439A and WO 2005/054423 A disclose fermen- tation facilities. To all fermentation plants and methods disclosed therein, however, the permanence of the captive methane problem in the substrate is common.

Ao invento subjazia por isso a tarefa de proporum processo em que as desvantagens mencionadas não ocorres¬sem e em que fossem reduzidas a um mínimo as fugas de me¬tano .The invention therefore underlayes the task of providing a process in which the disadvantages mentioned do not occur and in which the leakage of methane is minimized.

De acordo com o invento, este objectivo é alcan¬çado por via das características constantes da reivindica¬ ção 1. Nas reivindicações dependentes são apresentadas for¬mas vantajosas de execução do invento.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are shown in the dependent claims.

No método de acordo com o invento, o gás de purgacontendo CO2 é forçado a atravessar o substrato. Depreferência, o gás de purga é introduzido na zona adjacenteà base do fermentador sob alta pressão e de forma a disper-sar-se planarmente. Deste modo o substrato é completamentepurgado no que respeita à fracção de biogás nele contida, aqual transita para o volume situado acima do substrato, po¬dendo ser evacuada de modo conhecido e encaminhada para olocal onde ocorre o seu processamento. Neste processo, ogás de purga contendo CO2 pode ser retirado enquanto gás deescape da instalação de processamento do biogás. Alternati¬va ou complementarmente pode introduzir-se no fermentadorque se pretende purgar biogás contendo CO2 produzido numoutro fermentador em resultado de uma fase inicial da fer¬mentação ai ocorrida,.In the method according to the invention, the purging gas comprising CO2 is forced through the substrate. Depreferentially, the purge gas is introduced into the zone adjacent the base of the fermenter under high pressure and so as to spread out flat. In this way the substrate is completely spiked with respect to the fraction of biogas contained therein, which transitions to the volume above the substrate, being able to be evacuated in a known manner and routed to the place where its processing takes place. In this process, the purge gas containing CO2 can be withdrawn as degascape gas from the biogas processing plant. Alternatively or in combination there may be introduced into the fermenter that it is desired to purge CO2-containing biogas produced in another fermenter as a result of an initial stage of the fermentation therein.

Com recurso ao exemplo de execução representadona figura anexa, e de forma esquemática, descrever-se-á emseguida em mais pormenor uma variante do processo à margemdo âmbito de protecção definido na reivindicação 1.In accordance with the exemplary embodiment shown in the accompanying figure, and in schematic form, a process variant will be described in more detail below the scope of protection defined in claim 1.

Um fermentador 1 é enchido com um substrato la.Apenas é mostrado um fermentador, embora se possa utilizarinstalações com uma multiplicidade de fermentadores. 0 fer¬mentador 1 encontra-se ligado a um recipiente 2 destinadoao fluido de percolação através de uma conduta de alimenta¬ ção 21a, com recurso à qual o fluido de percolação 2a éintroduzido no fermentador 1, fluido de percolação esse quedepois irá percolar através do substrato la no decurso doprocesso de fermentação. 0 percolado é recolhido na zonainferior do fermentador 1 e reconduzido para o recipiente 2por via de uma conduta de realimentação 21b.A fermenter 1 is filled with a substrate 1a. Only one fermenter is shown, although facilities may be used with a multiplicity of fermenters. The fermenter 1 is connected to a vessel 2 for the percolation fluid through a feed conduit 21a, by means of which the percolation fluid 2a is introduced into the fermenter 1, percolating fluid which then percolates through the substrate in the course of the fermentation process. The percolation is collected at the lower end of the fermenter 1 and returned to the vessel 2 via a feed line 21b.

No decurso do processo de fermentação forma-sebiogás, que se acumula prioritariamente no volume lb que,no fermentador 1, se situa por cima do substrato. No subs¬trato la encontra-se igualmente presente biogás, que, es¬tando ai capturado, não alcança espontaneamente o volumelb. Também no recipiente 2 destinado ao fluido de percola¬ção se forma biogás adicional. 0 biogás presente nas zonaslb e la do fermentador é evacuado com recurso ao método depurga em conformidade com o invento. Para tal foramprevistas, por um lado, a presença de uma conduta 12destinada ao biogás e disposta entre o fermentador 1 e orecipiente 2 destinado ao fluido de percolação e, por outrolado, a presença de uma outra conduta 23 disposta entre orecipiente 2 destinado ao fluido de percolação e uma insta¬lação de processamento 3. Utiliza-se para efeito da purga ogás contendo CO2 gerado no decurso do processamento reali¬zado na instalação de processamento 3. Subentender-se-ádoravante que a expressão 'gás contendo C02' designa um gáscontendo primordialmente C02. Embora também possa conterexclusivamente C02, não é impensável que estejam presentesoutros componentes.In the course of the fermentation process it forms biogas, which accumulates primarily in the volume 1b which, in the fermenter 1, lies above the substrate. In the substrate there is also biogas present, which, being captured there, does not spontaneously reach the volumelb. Additional biogas is formed in the vessel 2 for the percolation fluid. The biogas present in the zones 1b and 1a of the fermentor is evacuated using the method according to the invention. To this end, the presence of a conduit 12 directed to the biogas and disposed between the fermenter 1 and the vessel 2 destined for the percolation fluid and, on the other hand, the presence of another conduit 23 disposed between the vessel 2 destined for the percolation and a processing plant 3. The CO 2 -containing gas generated during the processing carried out in the processing plant 3 is used for purging purposes. Subsequently, the expression 'CO 2 -containing gas' means a gascontaining primarily C02. Although it may also contain only C02, it is not unthinkable that other components are present.

Além de metano altamente concentrado, que é dis-ponibilizado por via da conduta 32, no decurso do processa¬mento do biogás é sobretudo produzido gás de escape con¬tendo C02, gás esse que pode ser evacuado por via da con¬duta 33 ou introduzido por via da conduta 31 na conduta depurga 4 conducente ao fermentador 1. 0 conector de purga deque é munido o fermentador 1 foi posicionado de forma a queo gás de purga canalizado através da conduta de purga 4 se¬ja obrigatoriamente conduzido através do substrato. Paratal, foi previsto que na base lc do fermentador 1 ou na vi¬zinhança da mesma, ou ainda numa das paredes do fermentador1, numa sua zona ld ainda ocupada pelo substrato, estivessepresente um conector para efeito do acoplamento da condutade purga 4. Pode além disso ter sido prevista a presença deum dispositivo de distribuição (não representado) com essafinalidade de fazer passar o gás de purga através de diver¬sos locais do substrato. Tal pode ser posto em prática nointerior do fermentador 1 ou logo à partida, por via de umaramificação da conduta de purga 4 a montante do fermentador 1. Em qualquer dos casos pode estar presente uma multipli¬cidade de conectores de purga. 0 gás de purga contendo CO2 é introduzido no fer¬mentador 1 sob pressão de modo a que o biogás ainda cativono seio do substrato la seja expulso de dentro deste. Noprocesso é aberto o conector providenciado para efeito doacoplamento da conduta 12 destinada ao biogás, ou é abertauma válvula 12a correspondente, de modo a que o biogás ex¬pulso do substrato la e do volume lb isento de substrato seja evacuado através do recipiente 2 contendo fluido depercolação e da conduta 23 conducente à instalação de pro¬cessamento 3. Uma vez expulso o biogás para fora do fermen-tador 1 ou um vez alcançado um ponto de inversão predefi-nido — ponto esse que pode ser calculado com base num li¬miar de concentração do biogás (metano), por exemplo — aválvula 12a presente na conduta 12 volta a ser fechada,sendo aberta uma válvula de escape 11a que dá passagem paraa conduta 11 de gás de escape. A válvula 31a existente naconduta de C02 é fechada, sendo interrompida a alimentaçãocom CO2 · Segue-se uma nova purga com recurso a ar fresco,cuja alimentação é feita por via de uma conduta 5 de arfresco de que é provida a conduta de purga 4. 0 gás de es¬cape expulso para fora do fermentador através da conduta 11é então submetido a um tratamento e/ou evacuado de formasque não serão descritas em mais pormenor no presente texto.In addition to highly concentrated methane, which is available via the line 32, in the course of biogas processing, exhaust gas comprising C02 is produced, which gas can be evacuated via the conduit 33 or introduced through the conduit 31 into the relief conduit 4 leading to the fermenter 1. The purging connector which is provided with the fermenter 1 has been positioned so that the purge gas channeled through the purge conduit 4 is compulsorily driven through the substrate. It has been envisaged that in the base 1c of the fermenter 1 or in the vicinity thereof, or in one of the walls of the fermenter 1, in a region thereof ld still occupied by the substrate, a connector for the coupling effect of the purge line 4 is present. In addition, a dispensing device (not shown) has been provided in order to pass the purge gas through various locations of the substrate. This may be practiced in the interior of the fermenter 1 or from the outset, by virtue of the unification of the purge line 4 upstream of the fermenter 1. In any case a multiplicity of purge connectors may be present. The CO2 containing purge gas is introduced into the fermenter 1 under pressure so that the biogas still captivates the substrate 1a from being expelled therefrom. In the process is opened the connector provided for the coupling of the conduit 12 for the biogas, or a corresponding valve 12a is opened, so that the biogas extruded from the substrate 1a and the substrate-free volume 1b is evacuated through the fluid-containing vessel 2 and the conduit 23 leading to the processing plant 3. Once the biogas is expelled from the fermenter 1 or once a predetermined inversion point has been reached, which point can be calculated on the basis of a limit of the concentration of the biogas (methane), for example - the valve 12a present in the duct 12 is closed again, an exhaust valve 11a opening being opened which gives passage to the exhaust gas duct 11. The valve 31a in the CO 2 port is closed and the supply is interrupted with CO2. A new purge is provided using fresh air, which is fed via a vent pipe 5 from which the vent pipe 4 is provided. The exhaust gas ejected out of the fermentor through conduit 11 is then subjected to a treatment and / or evacuated from forms which will not be described in more detail herein.

Na variante do processo representada na figura éutilizado como gás de purga biogás contendo C02 produzidono decurso de uma fase inicial da fermentação ocorrida numoutro fermentador. De acordo com o invento é utilizado bio¬gás que é produzido num outro fermentador (não representa¬do) . Numa primeira fase do processo de fermentação gera-seuma grande quantidade de C02 no biogás. Este biogás conten¬do C02 que é produzido num fermentador pode ser utilizadona purga de um outro fermentador na medida em que ao co-nector destinado ao gás de purga de que é provido o fermen¬tador que se pretende purgar seja ligada a conduta destina¬da ao biogás exibida por um outro fermentador. 0 recurso ao método de acordo com o inventopermite reduzir consideravelmente as fugas de metano. Per¬mite além disso aumentar a eficiência da produção de biogásao permitir que também o biogás que ainda se encontra pre¬sente no substrato seja conduzido para o local do seu pro¬cessamento .In the process variant shown in the figure, a gas containing C02-containing biogas is used as the catalyst in the course of an initial fermentation step in another fermentor. According to the invention there is used biogas which is produced in another fermenter (not shown). In the first stage of the fermentation process, a large amount of CO 2 is generated in the biogas. This C02-containing biogas which is produced in a fermenter can be used to purge another fermentor in that the co-necker destined for the purge gas from which the fermenter to be purged is provided is connected to the intended conduit. to the biogas displayed by another fermenter. The use of the method according to the invention allows considerably reducing methane leaks. It also makes it possible to increase the efficiency of biogas production so that the biogas still present in the substrate is also taken to the place of its processing.

Claims (7)

REIVINDICAÇÕES 1. Método para a exploração de uma instalaçãode fermentação provida de pelo menos um fermentador (1) quese pretende purgar e contém um substrato (la), em que osubstrato (la) é percolado com um fluido de percolação (2a)proveniente de um recipiente (2), sendo extraído o biogásque, no decurso do processo de percolação, se formou nofermentador (1) que se pretende purgar e/ou no recipiente(2) que contém o fluido de percolação, em que o biogásformado no decurso de uma fase inicial de um processo defermentação ocorrido num outro fermentador (1), biogás essequ em consequência exibe um teor de C02 superior ao usual,é introduzido no fermentador (1) que se pretende purgar porintermédio de uma conduta de purga (4) destinada à evacua¬ção do biogás formado no fermentador (1) que se pretendepurgar, em que o gás de purga contendo C02 é introduzido nofermentador (1) que se pretende purgar de modo a ter deatravessar o substrato (la) na medida em que um conector depurga de que é provido o fermentador que se pretende purgarse encontra ligado a uma conduta destinada ao biogás daqual é provido o outro fermentador que seja.A method for the exploitation of a fermentation plant provided with at least one fermenter (1) intended to purge and contains a substrate (la), wherein the substrate (1a) is percolated with a percolation fluid (2a) from a vessel (2), the biogas being extracted in the course of the percolation process, a nofermentator (1) to be purged and / or in the vessel (2) containing the percolation fluid has been formed, wherein the biogas formed in the course of a phase (1), which then exhibits a higher CO 2 content than is usual, is introduced into the fermenter (1) which is to be purged through a purge duct (4) intended for the evacuation of the fermentor (1). (1) is introduced into the fermentor (1) to be purged, in which the CO 2-containing purge gas is introduced into the fermentor (1) to be purged so as to have to penetrate the substrate (1a) in that a connector that the fermenter to be purged is provided is connected to a conduit destined for the biogas of which the other fermenter is provided. 2. Método de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por o gás de purga contendo C02 ser conduzidoatravés do substrato de modo a que o gás que ainda seencontra presente no substrato (la) seja expulso para o vo¬lume do fermentador (1) que se encontra isento de substra- to .A method according to claim 1, characterized in that the CO 2-containing purge gas is conducted through the substrate so that the gas still present in the substrate (1a) is expelled into the volume of the fermenter (1) which is free of substrate. 3. Método de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado por o gás de purga contendo C02ser introduzido na base do fermentador (1).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the purge gas containing CO2 is introduced into the base of the fermenter (1). 4. Método de acordo com a reivindicação 3,caracterizado por o gás de purga contendo C02 ser dis¬tribuído na zona adjacente à base do fermentador (1) de mo¬do a gue o substrato (la) seja ascendentemente atravessadode forma essencialmente uniforme pelo gás de purga contendoC02.A method according to claim 3, characterized in that the CO 2-containing purge gas is distributed in the region adjacent the base of the fermenter (1) so that the substrate (1a) is ascending substantially uniformly across the purge gas containing CO2. 5. Método de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado por, após a purga com recurso aogás de purga contendo C02, ser introduzido ar fresco nofermentador (1) por via da conduta de purga (4).Method according to one of the preceding claims, characterized in that, after bleeding with the use of CO 2-containing purges, fresh air is introduced into the no-fermenter (1) via the purge line (4). 6. Método de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado por no decurso da introdução dogás de purga contendo C02, a extracção do biogás serrealizada por via de uma conduta de evacuação (12, 23).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the extraction of the biogas is carried out via an evacuation line (12, 23) in the course of the introduction of the drainage system containing CO2. 7. Métodode acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, caracterizado por, uma vez terminado oprocesso de purga com o gás contendo C02, ser fechada a conduta de evacuação do biogás e ser aberta uma conduta(11) destinada a gás de escape.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, after completion of the purging process with the CO 2 -containing gas, the biogas evacuation line is closed and a conduit (11) for exhaust gas is opened.